Bygga egna maskiner

Bygga egna maskiner

Det finns flera sätt att tackla uppgiften på. Ett är att söka sig till olika forum och leta efter ritningar och goda råd och hugga i direkt eller vara sansad och plugga lite inför uppgiften. Jag är den typen som dyker in i projekt och orkar inte läsa till mig kunskap, Men… nu i efterhand så önskar jag att jag läst en text som nedan, det skulle ha sparat mig MYCKET pengar då fel är dyra i CNC Maskinernas värld. Längre ner i texten ger jag råd om hur du bör gå till väga.

Du kan även köpa ett färdigt paket med stenciler, sprängskisser, detaljerad lista på allt som behövs och vart du införskaffar det. Finns i kategorin CNC maskiner, byggsatser.

Vi som byggt ett par olika maskiner vet att det kan ta 3-5 maskiner innan man får det rätt eftersom det är mycket att tänka på. Att bygga en maskin som åker fram, tillbaka och upp, ner får man till på första försöket men vill man att maskinen ska ha precision och bra fart så måste man sätta sig in i detaljerna. En CNC maskin kan bli hur komplicerad som helst men jag ska guida er genom en 3-axlad standard CNC maskin.

cnc Raw

Vart börja?

Vad ska du ha maskinen till? Ska du skära papper, dekaler, aluminium eller trä, 3 dimensionellt eller 2 dimensionellt med enkla plugghål. Eller vill du bygga en maskin som klarar allt ovan?

Låter svårt redan nu? Ingen fara, en hemmabyggd CNC maskin klarar allt detta utan större bekymmer om du bygger den rätt från början. Allt handlar egentligen om konstruktion. Elektroniken är enkel då allt finns att köpa. Konstruktionen däremot är svårare.

Min bana började med maskiner i MDF eller Plywood, Detta är bra då det är billigt men just MDF är rätt dåligt då det är mjukt och “Sätter sig” med tiden, ett bättre alternativ skulle vara Björkplywood som är ett starkt material. Nedan är en video från 2010 på en av mina maskiner helt i trä.

Jag blev själv inspirerad av buildyourcnc.com. Han som driver siten bygger sina maskiner i MDF och Plywood. Jag byggde min första maskin med idéer från denna sida. Men… dessa maskiner är bra fram till en viss gräns. Man kan knappt tro det med det är brutala krafter som maskinen utsätts för och trä böjer och hänger sig med tiden då det är ett levande material. Som exempel kan du tänka dig vad 1mm vridning i en träkonstruktion på en axel som är 1meter ställer till det. 1mm kan motsvara flera millimeter längst ut på denna meter.

Material

Jag rekommenderar aluminium, HPL eller en stark Plywood som Björk till den som ska bygga sin första maskin. Stålmaskiner är bättre men mycket svårare att tillverka. Allt måste kapas i mm precision och detta är svårt med stål som sedan ska svetsas. Aluminium är väldigt tacksamt då det är så fint material och enkla att kapa och foga ihop med diverse tillbehör. Nackdelen med aluminium är att det är lätt och har mer vibrationer i konstruktionen.

En idealisk maskin ska vara robust och gärna i ett tungt material som stål som ”absorberar” eventuelle vibrationer. Men ska du ha maskinen till enklare uppgifter med ca 1 mm precision så är aluminium utmärkt. Du kan även få en aluminiummaskin att gravera smycken så länge du kör den i låg hastighet.

aluminium profil 20x20_

 

Rörelse XYZ

En 3 axlad maskin ska kunna röra sig tredimensionellt i riktning XYZ sidledes, fram och tillbaka, upp och ner. Detta måste ske med så lite friktion som möjligt. Det finns olika sätt att lösa detta. Dvs hur ska mina axlar ”rulla/glida” åt dessa riktningar. Eftersom det är dyrt att bygga en CNC maskin så söker man billiga lösningar. Min första lösning var att använda kullager som glider på en 90 graders vinkel likt bilden nedan.

linear bearings

Detta är extremt billigt men svårt att få till. Problemet med denna lösning är att hålen du borrar i vinkeln för kullager är svårt att få symmetriskt, om ena hålet sitter lite fel så kommer ena kullagret inte att nudda vinkeln och det blir ett ”glapp” i konstruktionen. Får du till hålen så gäller det att få gängtappen rätt i alla hål annars blir det glapp igen. Jag gillar iden till enklare konstruktioner men ska du ha en maskin som är större så bör du kika på en annan lösning.

Min andra lösning var dyrare, jag köpte v-grove kullager från USA för 100kr st (man behöver ca 16st)
v-groove2

och lät dessa kullager glida på sammansätt som ovan (på en upp och ned vänd 90 graders profil) Detta fungerar bra, men man bör slipa axeln något vilket kan vara svårt utan rätt verktyg.

Jag experimenterade vidare och köpte Kulbussningar med öppen slits som nedan:

block

Detta är mycket dyrt, och axlarna är dyrare så jag gjorde egna axlar av precisionsrör. Detta fungerade ett tag men de små kulorna grävde sig in i stålet. Så jag var tvungen att köpa härdade stål axlar som ovan, mycket dyrt.

och det fungerade bra ett tag… Tillskillnad från många andra så använde jag mina maskiner för att skära möbler dagligen så de utsätts för en del. Det som hände var att det kommer in smuts in i kulorna även om de är relativt bra skyddade, det naturliga då är att smörja lagren så gott det går men smuts och fett blir snickers, lagren slutade att fungera så det vara bara hitta andra lösningar.

Jag testade en hel del andra metoder och sista utvägen var att köpa liknande lager som ovan men som glider på en platt stång och är av högre kvalitet. Detta är extremt dyrt och jag tänkte att det måste finnas bättre lösningar.

Jag sprang på ett projekt som använder sig av plasthjul som glider i ett vinkelspår som nedan

vslo

Wow tänkte jag och blev lite exalterad, billigt samt liten chans för smutts att påverka glidet. Jag köpte detta koncept och fick ihop en maskin som fungerade relativt bra. Och blev hälften så billig som tidigare maskin. Men då jag körde mina maskiner dagligen så uppstod problem. Plasthjul direkt på en profil var ingen bra combo. Då jag skär i hård trä och aluminium så fastnar det spån på hjulen vilket får både profil och hjul att slitas och små gropar och repor uppstår. Detta är inget större problem då man kan byta hjul men att byta profilen är dyrare.

Tänk om det fanns ett liknande koncept men med bättre material… och jag fann det! Idag har jag en riktigt bra lösning och det är denna lösning jag säljer på denna hemsida. Detta är absolut inte min egen ide men väldigt ovanlig och ett nytt koncept. Produkterna är svåra att hitta och nu har jag äntligen dessa i mitt sortiment med mycket bra priser då jag beställer stora mängder av det.

Konceptet är som ovan men istället för att låta ett plasthjul rulla på profilen så har jag nu ett kvalitets u hjul av stål rullande på en precisionsstång och klämprofil.

u-hjul2

Om något kan slitas så är det precisionsstången men den är mycket enkel att byta ut samt billig i jämförelse än annat. Det fina med detta är att profilen även blir en del av konstruktionen och man slår två flugor i en smäll En maskin med detta system kan se ut som nedan. (klicka för förstoring)

cnc Raw

För mig är detta ett billig och bra lösning. Det finns givetvis bättre lösningar men allt handlar om kostnad.

 

Drivning

Nu ska rörelsen drivas, även här finns olika lösningar. Trapezoidal (acme eller trapetsskruv), kulskruv, kuggstång, kuggrem eller kedja? Kanske bara att välja en? Eller inte, ungefär så här ligger det till. Alla sätt har olika för och nackdelar. En CNC maskin är en balans på hastighet, kraft och backlash(glapp).

En dåligt konstruerad maskin har oftast
– låg hastighet men hög kraft och låg backlash
– hög hastighet men lite kraft och hög backlash.

Det vi är ute efter är en maskin som har
Hög hastighet (om önskas) med mycket kraft samt 0 eller mycket lite backlash.

Drivning för och nackdelar:

Trapezoidal, acme eller trapetsskruv:
trapezoidal

har en låg hastighet då stigningen i skruven oftast inte överstiger mer än 4mm per varv d.v.s. motorn måste snurra ett varv för att maskinen ska förflytta sig 4mm På detta sätt så kan du få maskinen att gå i ca 1-2 meter i minuten snabbare än så kräver högre stigning i skruven eller starkare motorer då dessa skruvar glider i muttern. Jag rekommenderar denna variant till maskiner som inte ska gå så fort och framförallt till din maskins Y-axel (upp och ned) även om du kör med remmar eller annan lösning. Ökar du hastigheten på denna skruv så ”stallar” motorerna oftast. Här har du mycket låg backlash och relativt billig lösning.

Skydd mot smuts=dåligt (ha skruvarna på sidan eller under maskinen)
Backlash=Bra (tills den slits)

Kullskruvar:
kulskruv

som ovan men mycket dyrare. En skruv kan gå på flera tusen och du behöver kanske 4 st. Här kommer du upp i högre hastigheter kanske 3-4 meter i minuten. Och 0 i backlash, ska du gravera eller behöver extrem precision så är detta att rekommendera. Ska du skära möbler i MDF så kan detta alternativ vara plågsamt segt. Att skära 16mm MDF kräver att du skär 3-4 gånger i samma spår dvs 3-5 mm djupt åt gången. Så använd detta om du kräver precision och hyfsad hastighet och om du skrattar när du betalar för skruvarna.

Skydd mot smuts=Ok (ha skruvarna på sidan eller under maskinen)
Backlash=Mycket bra

Kuggstång:
kuggstang

Nu börjar vi snacka, en kuggstång har både hastighet och kraft samt låg backlash. Problemet är att det är knepigare att få till konstruktionen av maskinen på detta sätt. Min sista maskin som tjänade som arbetshäst var av denna typ. Jag vände dessutom kuggarna nedåt så att smuts inte kan samlas mellan kuggar. Fler nackdelar är att kuggarna slits så att man måste kalibrera om maskinen samt att bra kuggstång är svår att hitta. Här kommer du upp i löjliga hastigheter med enorma krafter. Detta är drömalternativet till dig som verkligen ska arbeta med din maskin. Jag kommer att ta fram en CNC maskin med kuggstång framöver.

Skydd mot smuts=Mycket bra
Backlash=Mycket bra (tills den slits)

Kuggrem:
kugrem

Kuggrem kan vara bra eller dåligt beroende på vilken intelligens man har. Jag ser idag projekt (ska inte nämna dom i namn) som säljer seriösa CNC maskiner med en G2 rem som är 6mm bred. Dessa är som gummisnoddar och duger endast till 3D printers och eventuellt dekal och pappersutskärnings maskiner. Backlashen med en 6mm rem måste vara brutal. Jag använder själv rem till mina maskiner men dessa är HTD3 remmar som är 15mm breda och med Stålkärna. Dessa fungerar mycket bra och man kan även vända remmen upp och ned för att slippa smuts som med kuggstång. Jag gillar remmar då de är billiga och lätta att byta ut. Precis som med kuggstång så får du hastighet och styrka samt mycket bra precision. Jag rekommenderar dig att använda rem för din första maskin.

Skydd mot smuts=Mycket bra
Backlash=Bra (med bred rem)

Kedja:
kedja

Som kugg rem men med mycket sämre backlash. Det går att lösa om man hittar en bra kedja utan backlash.

 

Låt oss gå vidare….

Z axeln

balgkoppling
Z axeln är den som färdas upp och ned. Denna axel är den svåraste att få till. Den ska både ha precision och klara stora påfrestningar, dessutom ska den vara liten för att inte vara i vägen. Lägg mycket krut på Z Axeln och bestäm gärna vilken fräs du ska ha på axeln innan du designar den. Vi går igenom fräsar nedan.

Fräsar/frässpindel
spindelfras

Du kan ha en Dremmel eller en billig överhandsfräs eller en dyr luft eller vattenkyld frässpindel med inverter. Själv kör jag med det sistnämnda då det är här all action sker. En dålig fräs vibrerar och det märks i stycket du arbetar med. Jag kommer att sälja bra fräsar så småningom men fram till dess så kan ni kontakta mig så ska jag skicka er till bra fräsar (dyra dock runt 3000-5000kr med inverter)

Frässtål
pinfras

Detta måste du så småningom ha. Jag kommer att sälja frässtål eller pinnfräsar, men söker du på tex Ebay så finns det massor att välja mellan. Jag har märkt att Carbide eller HSS fräsar med 2-3 Flutes fungerar till det mesta (sök på CNC End mill) så får du upp massa alternativ. Har du en kvalitetsfräs med inverter så brukar stålen vara 1-6mm i omkrets. Dremmel har 3.2mm (eller nått) och en vanlig överhandsfräs har 6mm eller 8mm stål.

Elektronik

Här har du en djungel att välja mellan men ungefär så här ligger det till. Till en 3 axlad maskin behöver du 4 stycken stegmotorer (nema 23 duger) och något att styra dessa med (kretskort och drivmoduler). Vanligtvis så har man drivmoduler för varje stegmotor samt ett styrkort som är anslutet till en dator. Detta är det klassiska men ganska dyrt.

Till skillnad från andra så kan jag rekommendera ett annat alternativ som har ett mycket dåligt ryckte, ett kretskort som nedan (säljs på vår sida) som är en direkt länk mellan motorer och dator.
tb6560

Ni som vet vad jag talar om kanske inte gillar dessa kretskort men som professionell användare av maskiner i flera år så föredrar jag dessa kort . De är billiga och med massor av inställningar som andra alternativ inte har. Använd inte dessa kort om du ska ha en maskin med kulskruv eller annan skruv utan dessa fungerar bäst till kugg rem eller kuggstång. Anledning till detta är att de har kraft men ingen hastighet (som Diesel vs bensinmotor). Med rätt inställning så är dessa kort fantastiska och dessutom mycket enkla att koppla och framförallt billiga! Jag har dessa kort till mina maskiner som har körts hårt i flera år utan problem. Däremot har jag en annan maskin som kört parallellt med flera fallerade drivmoduler till en kostnad av ett sådant kort styck. Hela vår Raw serie använder dessa kort, och om du kikar på den första videon på denna sida så ser du en maskin arbeta med detta kort.

Vad mer…

Programvara,

Ännu större djungel, men principen är
För att köra en CNC Maskin så behöver du skriva uppgifter till maskinen i form av G-kod. Processen kan se ut så här:

Rita upp t.ex. en konsol i valfritt cad program (det finns bra gratis program så som A9Tech
Importera konsolen till Lazycam (ingår i mach programmet) Där anger du hur konsolen ska skäras och med vilken frässtorlek etc.
Importera sedan lazycam filen till mach och kör igång.

Det finns bättre program än Lazycam och jag kommer att skriva en hel artikel från ide till produktion så fort jag kan då det är många som undrar.

Dator/PC

Du behöver en traditionell PC för att köra din maskin, en med Windows XP uppåt fungerar bra. Anledning till detta är att kretskorten kräver en skrivarport. Skrivarportar på en Laptop duger inte då de arbetar på ett annat sätt.
Detta är inga problem då du kan köpa en gammal PC för någon hundring och eventuellt ett printer (LPT) kort på t.ex. Conrad.se

Det kommer mer och mer kretskort med USB portar så att du kan köra den på datorer utan skrivarport och på en vanlig Laptop. Men det är ett tag kvar till detta fungerar fullt ut, Programvaran (vanligen Mach3) är inte helt kompatibel med USB ännu men de jobbar på det. Fram till dess så är det PC som gäller. Meddela mig gärna om ni springer på info om detta då det är mycket intressant.

Hur ska man se på en ”Hobbymaskin”

Det finns en anledning till att en industriell CNC maskin kan kosta 500.000–och uppåt . En sådan maskin har inga felmarginaler utan den ska fungera felfritt dygnet runt och året runt vilket kräver kostsam elektronik och delar. En industriell CNC maskin har även många fler funktioner som för många är helt överflödiga.

toys(Jag kallar våra maskiner för ”Hobbymaskiner” även om dom klarar av många uppgifter som en dyrare) En hobbymaskin är oftast tillverkade med stegmotorer och styrningar samt delar som man lätt kan få tag på. Dessa maskiner är inga leksaker, de innehåller finkänslig elektronik och har en otrolig precision vilket förvånar dom flesta som ser dom, maskinerna skär i millimeter precision och i x,y,z riktning som möjliggör 3D utskärning upp till 12cm djupt, dessa maskiner kräver övervakning och är inte helt felfria. Stycket du jobbar på kan bli fel men detta händer väldigt sällan kanske 1 gång på 1000 utskärningar och oftast beror felet på dig som operatör som ritat fel instruktioner till maskinen. Man lär sig att tolka eventuella fel med tiden och själv har jag inte haft fel på maskinerna så länge jag kan minnas.
En maskin med känslig elektronik i en dammig miljö kräver underhåll samt övervakning och det är nog det som är den stora skillnaden.

Vilka kunskaper krävs för att arbeta med en CNC maskin?

Kunskaperna varierar beroende på ändamål, Köper du en färdig maskin eller ett ”gör det själv” paket så är du halvvägs in i processen. Precis som med allt annat så är det en inlärnings process. I början kan det verka knepigt då man helt plötsligt kan få fram saker i 3D och man måste tänka tredimensionellt. Men så fort du greppar tänket så öppnas en helt ny värld upp inom framställning och tillverkning.

Om du har en fungerande maskin och vill skära ut platta delar till en möbel eller liknande så är det ganska lätt. Vill du skära ut 3D delar så som ett ansikte så blir det genast mycket svårare då det kräver kunskaper i avancerade CAD program så som Autocad eller liknande.

2D utskärning och lätt 3D utskärning

(platta föremål t.ex. en skärbräda med infräst text, profil eller handtag etc.)

När du köper en CNC maskin så behöver du programvara för att styra den. Vi är återförsäljare för Mach3 som är det absolut bästa alternativet. Programvaran är billig i jämförelse med annat och innehåller verktyg för 2D samt lätt 3D utskärning. Med lätt 3D utskärning så menar Jag att man har möjlighet att skära ut ett eller flera hål eller fickor samt gravera i angivna djup. Våra ”gör det själv” paket kommer med instruktioner för 2D samt lätt 3D utskärning så att du vet exakt hur du går till väga. I stort sätt så ritar du upp det du vill ha, ange djup för alla utskärningar, spara den som G-Kod och sen är du klar för tillverkning. När du gjort en mall så är det enkelt att massproducera den. Om en kund ringer dig och vill ha en konsol som du erbjuder så startar du programmet och klickar på konsol-filen, inom en minut så håller du konsolen i ena handen och telefonen i den andra.

3D utskärning

(t.ex. ett ansikte eller takrosetter och liknande)
Våra maskiner kan detta men det kräver goda kunskaper inom ett valfritt CAD program. Du kommer även att behöva programvara för att omvandla CAD filen till en CAM fil som du senare omvandlar till G-Kod vilket är instruktioner till maskiner. Som du ser så är det skillnad på kunskaper, men som med allt annat så är det lätt när man kan det!

Tillverkar du maskinen själv från grunden utan ett ”gör det själv” paket så måste du ha goda kunskaper inom allt som har med dessa maskiner att göra. Motorer och elektronik ska synkas med drivskruvar eller kamrem beroende på hur maskinen byggs.

Är en CNC maskin rätt för min verkstad?

JA! Förstår inte varför alla snickerier eller mindre verkstäder inte har en sådan stående i ett hörn. Själv kunde jag inte andas utan en. En anledning är förstås att det är svårt att bygga och att maskinen har en inlärnings fas, samt pris. Men kan man köpa en Festool klyv för 20.000 så har man råd med en “hobby” CNC maskin som utför mer uppgifter än sågen. Köper du en maskin från mig så kommer jag att hjälpa dig så gott det går.

Mer om CNC maskiner

(Avancerat)
Computer numerical control (CNC) maskiner är automatiserade skär maskiner som gör industriella komponenter utan mänsklig hjälp. Detta är möjligt eftersom CNC maskiner matar in en serie instruktioner till en intern styrenhet. Dessa instruktioner är i form av koder som hör till maskinens programmeringsspråk. Koden för att programmet CNC maskiner kallas allmänt för G-kod. G-kod instruktioner är dock bara en del i programmeringsspråket. Hela serien av koder som används för att driva CNC maskiner kallas även M-kod och T-kod. Verktygsuppsättning hastighet och matnings kontroller är betingade av S-koder och F-koder, medan X, Y och Z-koder bestämmer absolut position. Utför du enklare uppgifter så är detta inget du kommer att behöva kunna utan allt finns i programvaran du köper.

En standardiserad uppsättning av kontrollkoder för CNC-maskiner utvecklades i början av 1960-talet i USA av en handels organisation kallad Electronic Industries Alliance. Ungefär 20 år senare går systemet under namnet RS274D. CNC-maskiner har utvecklats avsevärt, De tidigaste CNC-maskinerna fick kod instruktioner via hard-wired styrenheter, vilket innebar att formatet på programmeringen inte kunde ändras. Dock har senare modeller möjlighet at få sina instruktioner via datorer och disketter, som tillåter variationer och ändringar i programmeringen. De flesta industriella CNC-maskiner är knutna till ett nätverk av datorer och får sina instruktioner via programvaror med fil tillägg ”.NC”. Filnamnstillägget varierar beroende på dess ISO certifierings protokoll.

Moderna industriella CNC-maskiner kan köras över en natt eller i flera dagar utan mänsklig övervakning. I själva verket är CNC-maskiner nu så avancerade att de kan ringa chef operatörens mobiltelefon för att meddela honom eller henne när något går fel eller liknande. Dessa funktioner gör det möjligt att producera tusentals delar medan verkstaden är stängd eller när operatorn utför andra uppgifter.